JP2005249698A

JP2005249698A - 炉壁形状測定方法及び炉壁形状測定装置

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Publication number: JP2005249698A
Application number: JP2004063450A
Authority: JP
Inventors: Kazukimi Yamada; 和公山田; Masahito Sugiura; 雅人杉浦; Michitaka Sakaida; 道隆境田; Isao Nakamura; 功中村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: JP4362391B2

Abstract

【課題】コークス炉炭化室のような炉の炉壁形状を測定するに当たり、測定装置の蛇行や傾斜に影響されることなく、正確に炉壁の損耗状況を把握することのできる炉壁形状測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】健全時の炉壁形状が既知である炉壁の形状を測定する方法であって、測定装置上に３箇所以上の距離測定箇所２を配列し、前記距離測定箇所の配列方向３と異なる方向４に測定装置を移動しつつ、各距離測定箇所２における測定装置と炉壁７との距離を測定し、健全時の炉壁形状であって距離測定箇所の配列方向３における断面形状を基準形状５とし、前記距離測定で得られる計測した炉壁プロフィル６に最も良く合致するように基準形状５を当てはめ、当てはめた基準形状５と計測した炉壁プロフィル６との差異をもって炉壁形状変化とすることを特徴とする炉壁形状測定方法及び測定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉炭化室等の高温の炉室内における炉壁形状の変化を迅速かつ容易に測定するための炉壁形状測定方法及び装置に関するものである。

コークス炉の炭化室をはじめとする高温の炉室においては、炉室を構成する炉壁が耐火物で構成され、該耐火物の劣化状況を的確に把握することが必要である。特にコークス炉の炭化室は、過酷な条件下で通常２０年以上の長期間にわたって連続操業されるものであり、炭化室を構成する耐火煉瓦は熱的、化学的および機械的要因によって徐々に劣化する。そのため耐火煉瓦の劣化に起因して炉壁に凹凸が発生することによるコークスの押し詰まりが生じたり、耐火煉瓦が脱落したりする。このような耐火煉瓦の脱落などの事故が生じるとその補修は困難であり、操業に著しい影響が及ぼされる。従って、炭化室内の特に炉壁を構成する耐火煉瓦の状況を常時把握しておくことは、コークス炉操業管理上極めて重要である。

コークス炉炭化室内に挿入し、炉内高さ方向複数箇所について測定装置と炉壁との間隔を測定し、測定を行いつつ測定装置を炉の奥行き方向に移動する方法が知られている。測定装置と炉壁との間隔測定値に基づいて、炉内の高さ方向及び奥行き方向の全域について炉壁の凹凸を測定することができる。

特許文献１には、リニアイメージカメラ、レーザー光源、鏡面を備えるコークス炉壁面観察装置が記載されている。リニアイメージカメラは、鏡面に映った高さ方向に延びる直線状の視野において炉壁の像を観察することができ、レーザー光源から射出したレーザービームを同じく鏡面に反射させて壁面斜め方向から照射する。壁面に形成されたレーザースポットをリニアイメージカメラで撮影する。壁面に窪みがあると窪みの深さ分、レーザースポットの位置がずれるので、このずれ量から表面の凹凸を知ることができる。炭化室内の観察装置を前進させながら撮影を行うことにより、炉壁の全体にわたって、壁面の凹凸情報を得ることができる。特許文献１に記載のものは、４台のリニアイメージカメラによって炭化室炉壁の高さ方向全長をカバーし、１６台のレーザー投光器を用いて高さ方向１６箇所の炉壁凹凸を評価することができる。

コークス炉炭化室は炉内温度が１０００℃と高温であるので、測定装置は大がかりな水冷構造になるが、炉の奥行き方向が１６ｍと長いので、炭化室の一方の端部から挿入した測定装置を炉底部で接触支持することなく炉の最奥まで移動することは困難である。特許文献１に記載のものについては、測定装置の炉内挿入部分にシューを設け、シューを炭化室底部に接触させつつ炉内移動を行っている。このため、測定装置の炉内移動時に、測定装置が炉幅方向に蛇行したり、あるいは傾斜することを避けられない。測定装置が蛇行したり傾斜すると、それによって測定装置と壁面との距離が変化するので、距離測定によって壁面の形状を測定することが困難となる。

特許文献２においては、コークス炉壁面までの距離を測定する距離測定器を先端に搭載したランスと、ランスをコークス炉に対して挿入／退出させる駆動手段とを備えるコークス炉壁面の観察装置において、ランスの先端から後端方向に延びる耐熱性線材と、耐熱性線材の偏向角を検出する手段を備えたものが記載されている。耐熱性線材の偏向角から、ランス先端部が左右にどれだけ触れているかを検出することができる。高さ方向に２組の耐熱性線材を配置すれば、ランス先端部の傾斜を検出することもできる。これにより、ランス先端の距離測定器の絶対位置を求めることができるので、距離測定器を搭載したランス先端部がたとえ蛇行や傾斜をしたとしても、距離測定器測定データに位置補正を行って炉壁形状を正確に把握することが可能となる。

コークス炉炭化室は、左右の炉壁がほぼ平行に配置されており、健全時における左右の炉壁間の距離は正確に把握することができる。従って、左右の炉壁間の距離（炉幅）を測定し、測定した炉幅と健全時における炉幅とを比較すれば、炉壁損傷部を検出することが可能である。また、炉幅測定であれば、炉幅測定器が炉内で蛇行したり傾斜したりしてもその影響を受けずに測定を行うことができる。例えば特許文献３に記載の炉幅測定装置が知られている。

特開２０００−２６６４７５号公報特開平９−２７９１４７号公報特開２００２−２１３９２２号公報

特許文献３に記載されたような、左右壁間の炉幅を測定して炉壁の変形状況を推定する方法では、左右どちらの炉壁が変形しているのかを判別することができない。また、この技術は炉壁のある一点の高さでの奥行き方向の炉壁プロフィルを測定する技術であり、炉壁変形状況についての３次元形状を把握することができない。

前述のとおり、炭化室炉内に挿入した測定装置は、炉内で蛇行や傾斜の発生が避けられない。図９（ａ）は、炭化室の奥行き方向に垂直な断面を取り出した図である。炭化室炉壁７の高さ方向全長にわたってレーザー距離計１３を配置し、測定装置と炉壁７との距離を測定しようとしている。レーザー距離計１３を収納した測定筒１１の下部にはシュー１６が配置され、炭化室の炉底１８は測定装置とシュー１６を介して接触している。図において、蛇行２１と傾斜２２が発生している状況を示している。

炉壁との距離を測定して炉壁の変形状況を評価する方法において、特許文献２に記載のように、ランス先端から後端方向に延びる耐熱性線材と、その線材の偏向角を検出する手段を備えたものについては、これによってランス先端部の蛇行と傾斜の程度をある程度は把握することができる。しかし、コークス炉炭化室は奥行きが１６ｍに及ぶため、耐熱性線材の偏向角のみからの検出では十分な精度を上げることが困難となる。

本発明は、測定装置の蛇行や傾斜に影響されることなく、正確に炉壁の変形状況を把握することのできる炉壁形状測定方法及び装置を提供することを目的とする。

炉壁との距離測定手段を備えた測定装置は、水冷の測定筒などに収納されており、十分な剛性を有している。従って、たとえ測定装置が炉内で蛇行２１や傾斜２２をしたとしても、測定した炉壁プロフィル６それ自体の形状は炉壁７そのものの形状を保持している。図９（ｂ）のような炉壁７の形状を有するとき、炉壁プロフィル６としては図９（ｃ）のようなプロフィルを得る必要がある。これに対し、測定装置が蛇行したときは、図９（ｄ）に示すように炉壁プロフィル６の形状を維持しつつ測定装置と炉壁との距離が全体として長くなったり短くなったりする。測定装置が傾斜したときは、図９（ｅ）に示すように炉壁プロフィル６の形状を維持しつつ測定装置に対して傾斜した像として得られる。

炉壁形状測定装置を用いて検出しようとしている炉壁形状異常は、レンガの陥没や局部的なカーボン付着などであり、炉壁表面全体から見ると局部的な凹凸発生として現れる。局部的な凹凸の発生箇所以外については、基本的に健全時の炉壁形状が保持されていることが多い。

一方、本発明が測定の対象とする炉壁の形状については、コークス炉炭化室をはじめとして、健全時の炉壁形状が既知である。コークス炉炭化室であれば、健全時の炉壁形状は平面である。ここで、測定装置の距離測定箇所の配列方向３における健全時の炉壁断面形状を基準形状５とする。コークス炉炭化室であれば、基準形状５は直線となる。

測定した炉壁プロフィル６において、局部的な凹凸発生箇所以外は健全時の炉壁形状が保持されているのであるから、測定した炉壁プロフィル６のうち最も多くの測定点の上に乗るように基準形状５を当てはめれば、基準形状５は測定した炉壁プロフィル６のうち健全時の炉壁形状が保持された部分に合致させることができる。その上で、当てはめた基準形状５と炉壁プロフィル６との不一致部分が、局部的な凹凸の発生箇所であるとして把握することができる。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）健全時の炉壁形状が既知である炉壁の形状を測定する方法であって、測定装置上に３箇所以上の距離測定箇所２を配列し、前記距離測定箇所の配列方向３と異なる方向４に測定装置を移動しつつ、各距離測定箇所２における測定装置と炉壁７との距離を測定し、健全時の炉壁形状であって距離測定箇所の配列方向３における断面形状を基準形状５とし、前記距離測定で得られる計測した炉壁プロフィル６に最も良く合致するように基準形状５を当てはめ、当てはめた基準形状５と計測した炉壁プロフィル６との差異をもって炉壁形状変化とすることを特徴とする炉壁形状測定方法。
（２）健全時の炉壁形状が平面である炉壁の形状を測定する方法であって、距離測定箇所２を炉の高さ方向に炉壁に沿って配列し、測定装置を移動する方向４は炉の奥行き方向の炉壁に沿う方向であり、基準形状５は直線であることを特徴とする上記（１）に記載の炉壁形状測定方法。
（３）計測した炉壁プロフィル６に最も良く合致するように基準形状５を当てはめるに際し、ハフ変換によって基準形状５を検出することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の炉壁形状測定方法。
（４）鏡面３２と、画像撮像装置３１と、光ビーム発生装置３３とを有し、鏡面３２に映る炉壁の像を画像撮像装置３１で撮像し、画像撮像装置３１と異なった位置に配置した光ビーム発生装置３３から発生した光ビーム３４を鏡面３２に反射させて炉壁の画像撮像装置３１の視野３６範囲内に照射し、炉壁に照射する光ビーム照射位置（ビームスポット３５）が距離測定箇所２に該当し、炉壁に照射され画像撮像装置で撮像された光ビームの照射位置に基づいて測定装置と炉壁との距離を測定するを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の炉壁形状測定方法。
（５）コークス炉炭化室の炉壁形状を測定することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の炉壁形状測定方法。

（６）健全時の炉壁形状が平面である炉壁の形状を測定する装置であって、測定装置上に３箇所以上の距離測定箇所２を炉の高さ方向に炉壁に沿って配列し、炉の奥行き方向の炉壁に沿う方向に測定装置を移動しつつ、各距離測定箇所２における測定装置と炉壁との距離を距離測定装置８で測定して信号処理装置９に入力し、信号処理装置９は、距離測定結果に基づいて計測した炉壁プロフィル６を求め、さらに計測した炉壁プロフィル６に最も良く合致するように基準直線５ａを当てはめ、当てはめた基準直線５ａと計測した炉壁プロフィル６との差異をもって炉壁形状変化とすることを特徴とする炉壁形状測定装置。
（７）計測した炉壁プロフィル６に最も良く合致するように基準直線５ａを当てはめるに際し、ハフ変換によって基準直線５ａを検出することを特徴とする上記（６）に記載の炉壁形状測定装置。
（８）鏡面３２と、画像撮像装置３１と、光ビーム発生装置３３とを有し、鏡面３２に映る炉壁７の像を画像撮像装置３１で撮像し、画像撮像装置３１と異なった位置に配置した光ビーム発生装置３３から発生した光ビーム３４を鏡面３２に反射させて炉壁の画像撮像装置３１の視野３６範囲内に照射し、炉壁に照射する光ビーム照射位置（ビームスポット３５）が距離測定箇所２に該当し、距離測定装置８は、炉壁７に照射され画像撮像装置３１で撮像された光ビームの照射位置に基づいて測定装置と炉壁との距離を測定するを特徴とする上記（６）又は（７）に記載の炉壁形状測定装置。
（９）コークス炉炭化室の炉壁形状を測定することを特徴とする上記（６）乃至（８）のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。

本発明は、健全時の炉壁形状であって距離測定箇所の配列方向における断面形状を基準形状とし、計測した炉壁プロフィルに最も良く合致するように基準形状を当てはめ、当てはめた基準形状と計測した炉壁プロフィルとの差異をもって炉壁形状変化とすることにより、たとえ形状測定装置が炉内において蛇行や傾斜をしたとしても、その影響を除去した上で局部的な凹凸の発生箇所を的確に把握することができる。

コークス炉炭化室の炉壁形状を測定するための装置として、図２に示すものを例にとって説明を行う。図２（ａ）は炭化室内に配置された測定装置の横断面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図である。測定装置は、炭化室１７の奥行きと同程度の長さを有するランス１２と、ランス先端に設置された測定筒１１を有する。測定筒１１は、水冷二重構造とし、高さは炭化室１７の高さよりやや低い高さで直立する。測定筒１１の内部にはレーザー距離計１３を高さ方向に片側で４０個配置し、レーザー距離計１３が面する測定筒１１の部分には観察窓１４が配置される。測定筒１１を炭化室内部に挿入し、高さ方向４０箇所について測定装置と炉壁との距離を同時に測定することができる。即ち、レーザー距離計１３が距離測定装置８を構成する。炭化室の一方の端部から測定装置を炭化室内に挿入し、炭化室内の奥行き方向を移動方向４として順次移動することにより、炭化室奥行き方向の全範囲について距離測定を行うことができる。ランス１２の先端下部にはシュー１６が設けられ、シュー１６が炭化室の炉底１８に接地しつつ炭化室内を移動することとなる。

レーザー距離計１３を配置した位置が本発明の距離測定箇所２に該当する。また、レーザー距離計１３を配列した垂直方向が距離測定箇所の配列方向３となる。健全時の炭化室炉壁７は平面である。ここで本発明において、健全時の炉壁形状であって距離測定箇所の配列方向３における断面形状を基準形状５としている。より具体的には、炉壁７と垂直な平面であって距離測定箇所の配列方向３を含む面を考え、この平面で切られた健全時の炉壁表面の形状が基準形状５である。健全時の炭化室炉壁は平面であるから、距離測定箇所の配列方向３、即ち垂直方向における健全時の炉壁断面形状（基準形状５）は直線となる。

炭化室炉内に挿入された測定装置を用い、炉内の奥行き方向に移動しながら４０個のレーザー距離計１３によって測定装置と炉壁との距離を測定する。距離測定結果を用いて、信号処理装置９において計測した炉壁プロフィル６が算出される。測定装置はシュー１６で炭化室炉底１８に接触しながら進行するので、炭化室炉底１８の凹凸の影響を受け、実際には、測定装置は蛇行２１や左右への傾斜２２を繰り返しながら進行することとなる。その結果、計測した炉壁プロフィル６は蛇行２１や傾斜２２の影響を強く受け、図１（ａ）に示すような３次元の炉壁プロフィル６が得られることとなる。

この炉壁プロフィル６について、炉の奥行き方向各位置毎に、炉の垂直方向の炉壁プロフィル６を抜き出すことができる。図１（ｂ）のプロット（■）がそれである。この垂直方向の炉壁プロフィル６に基準形状５である直線を当てはめる。直線を当てはめるに際しては、炉壁プロフィル６を構成する測定点のうち、より多くの測定点に近接するように当てはめを行う。通常の炉壁プロフィル６においては、測定点の大部分は健全時の炉壁形状をそのまま維持している。一部の領域でのみレンガの陥没で凹形状になっていたり、逆にカーボン付着で凸形状となっている。従って、より多くの測定点に近接するように直線の当てはめを行った結果として、その直線が健全時の炉壁形状に近似しており、その直線から離れたところに位置している測定点が、炉壁凹凸の発生部位であることが明らかとなる。即ち、当てはめた基準形状５と計測した炉壁プロフィル６との差異をもって炉壁形状変化とすることができる。

基準形状の当てはめによって健全時の炉壁形状を推定し、測定装置の蛇行や傾斜の傾向を有効に消去するためには、距離測定箇所２の個数は最低３箇所は必要であり、多ければ多いほど好ましい。距離測定箇所２が１０箇所以上あるとより好ましい。２０箇所以上であればさらに好ましい。

炉壁プロフィルに基準形状を当てはめるに際して、適切なアルゴリズムを採用することができれば、自動的に当てはめを行うことができるので好ましい。本発明においては、ハフ変換（Hough変換）によって基準形状５の検出を行うこととすると、最も良好な結果を得ることができる。ハフ変換とは、直線や円などのパラメータで表現できる図形を画像中から自動検出するときなどに利用されるための手法である。

図８（ａ）に示すような、ｘ−ｙ平面における一つの直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を考える。この直線に原点から垂線を下ろし、その長さをρ、ｘ軸とのなす角をθとすれば、
ρ＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ
とあらわすことができる。すなわち、ρ−θ平面における１点（ρ、θ）がわかれば、ｘ−ｙ平面における一つの直線が定まることになる。ここで、点（ρ、θ）を直線ｙ＝ａｘ＋ｂのハフ変換と呼ぶ。また、ｘ−ｙ平面の一点（ｘ₀、ｙ₀）を通る傾きの異なる直線の集まりは、ρ−θ平面では、
ρ＝ｘ₀ｃｏｓθ＋ｙ₀ｓｉｎθ
という曲線で表現することができる。このときの図８（ａ）に示す３点の各点（Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃）を通る直線群の軌跡をρ−θ平面に描くと図８（ｂ）のようになる。もし、この３点が同一直線上に乗っているとすれば、３点に対応するρ−θ平面上の軌跡は１点で交わることになる。

この原理を利用して与えられたｘ−ｙ平面上の点群から直線を検出することができる。すなわち、ｎ個の点に対してρ−θ平面上ではｎ個の曲線が描かれ、このうち、ｍ個の曲線が１点で交わっていれば、このｍ個の曲線に対応するｘ−ｙ平面上のｍ個の点は同一直線上にあるということになる。ハフ変換の特徴は、直線状の点群が途中で切断されている場合や、雑音が存在する場合でも比較的良好な結果を得ることができる点である。代表的な適用対象として、画像から直線を抽出する処理が知られている。

図１（ｂ）に示す例では、炉壁プロフィルの測定結果にハフ変換を適用して直線の検出を行った結果、極めて良好に基準形状としての直線が検出されていることがわかる。ちなみに、図１（ｂ）の点線は最小二乗法によって求めた直線であるが、炉壁凹凸の存在によって引きずられ、健全な炉壁形状部分を検出できていないことがわかる。

炉の垂直方向に多数の距離測定箇所を配列することのできる好ましい実施の形態について図３〜５に基づいて説明する。

この実施の形態では、左右の炉壁が近接しているコークス炉炭化室１７を想定している。そして画像撮像装置３１をその光軸が炉壁７と略平行になるように配置し、画像撮像装置３１の光軸方向に鏡面３２を配置する。鏡面３２の角度は炉壁表面に対して略４５°程度の角度とすると良い。これにより、画像撮像装置３１からは、炉壁７に正対した画像を鏡面３２に映して撮像することができる。コークス炉炭化室は左右の炉壁間が近接しているので、鏡面３２についても炉幅方向は短い幅を有するものとなる。炉幅方向と直角の方向が鏡面３２の長手方向である。そして鏡面３２の長手方向が距離測定箇所の配列方向３と一致する。距離測定箇所２を炉の高さ方向に配列する場合には、鏡面３２の長手方向を炉の高さ方向とすることとなる。

この実施の形態は光ビーム発生装置３３を有する。光ビーム発生装置３３としてはレーザー光源を用いると好ましい。光ビーム発生装置３３から照射する光ビーム３４は、炉壁と略平行になる方向に照射し、鏡面３２で反射させ、画像撮像装置３１の視野３６範囲内にある炉壁表面に照射する。光ビーム３４の照射位置に当たる炉壁表面をここではビームスポット３５と呼ぶ。

以降の説明では、理解を容易にするために、鏡面と炉壁との間における光路のみに着目し、鏡面が存在しないときに同様の光路を形成することのできる仮想の位置に仮想の画像撮像装置３１ｘと仮想の光ビーム発生装置３３ｘを配置した図面にて説明を行う。

図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である図４（ｂ）に示すように、炉壁表面に垂直な面であって鏡面の長手方向を含む面を想定すると、撮像される炉壁７表面、鏡面３２、仮想の画像撮像装置３１ｘ、仮想の光ビーム発生装置３３ｘはすべてこの想定面内に含まれる。１台の画像撮像装置３１ｘの視野３６範囲内において、光ビーム発生装置３３ｘを複数台用いることができる。図４の例では４台の光ビーム発生装置３３ｘを配置している。

光ビーム発生装置３３は、距離測定箇所の配列方向３（この場合は炉の高さ方向）において画像撮像装置３１と異なった位置に配置される。その結果として、炉壁表面のビームスポット３５位置から（鏡面３２を通して）見たとき、画像撮像装置３１と光ビーム発生装置３３とは異なった方向に見えることとなる。逆に画像撮像装置３１からみると、図４（ｂ）において、炉壁正常位置４１でのビームスポット３５ａが見えるビームスポット撮像方向４３と、炉壁後退位置４２でのビームスポット３５ｂが見えるビームスポット撮像方向４４とが異なった方向になっていることから明らかである。そのため、鏡面３２と炉壁７表面との間の距離が変化すると、画像撮像装置３１から（鏡面３２を通して）見たときのビームスポット３５の位置が変化することとなる。従って、画像撮像装置３１で撮像した画像データにおいて、ビームスポット３５の位置を抽出して画像処理を行えば、各ビームスポット毎に鏡面と炉壁表面との距離を算出することが可能となる。各ビームスポット位置が本発明の距離測定箇所２であるから、即ち、各距離測定箇所２における測定装置と炉壁との距離を測定できることとなる。図３（ａ）に示す例では、距離測定装置８において距離算出のための画像処理を行う。

図３に示す例では、炭化室の高さ方向に４台の画像撮像装置３１を配置し、４台の画像撮像装置３１の撮像範囲は炉壁７の高さ方向全域をカバーすることができる。各画像撮像装置毎に４台の光ビーム発生装置３３を用いて４箇所の距離測定を行うことができ、合計で炉壁７の高さ方向に１６箇所の距離測定を同時に行うことができる。画像撮像装置３１と光ビーム発生装置３３は水冷の測定筒１１の中に配置され、測定筒１１は炭化室内において直立させる。この測定筒１１は、炭化室の奥行きと同程度の長さを有するランス１２の先端に配置される。炭化室１７の一方の端部から測定装置を炭化室内に挿入し、順次炭化室内を奥行き方向に移動することにより、炭化室奥行き方向の全範囲について距離測定を行うことができる。ランス１２の先端下部にはシュー１６が設けられ、シュー１６が炭化室の炉底１８に接地しつつ炭化室内を移動することとなる。

図３に示す例では、画像撮像装置３１の視野３６を線状もしくはスリット状としている。このため、撮像素子としては、最も一般的には一次元に受光素子を配列したリニア素子を用いることができる。あるいは、通常の二次元撮像素子を用い、その全視野のうちのスリット状の特定の視野の画像のみを用いることとしてもよい。また、鏡面３２については、ミラー管３７の表面に左右の壁面それぞれを写す鏡面（３２ａ、３２ｂ）を有し、画像撮像装置３１と光ビーム発生装置３３との光軸をいずれの鏡面に合致させるかによって、左右いずれかの炉壁との距離を測定することができる。図３（ｃ）において画像撮像装置３１は光軸３８ａの方向を向き、炉壁７ａの視野３６ａを撮像している。光軸の向きを変えて光軸３８ｂの方向とすれば、炉壁７ｂの視野３６ｂを撮像することができる。

画像撮像装置３１の視野３６が線状もしくはスリット状であると同時に、ビームスポット３５が点状であるとすると、ごく僅かな光軸のずれによって、ビームスポット３５が画像撮像装置の視野３６から外れてしまうこととなる。これに対し、ビームスポット３５として画像撮像装置視野長手方向と直角の方向に幅を有するビームスポットを採用すれば、わずかな光軸のずれではビームスポット３５が視野３６から外れることがなく、常に正常に距離測定を行うことが可能となる。

図５に示す例では、画像撮像装置３１の視野３６は２次元の拡がりを有しており、左右それぞれの炉壁表面を写す２枚の鏡面（３２ａ、３２ｂ）を視野内に捉えており、１台の画像撮像装置３１で同時に左右の炉壁７を撮像することができる例である。光ビーム発生装置３３についても、左右それぞれの炉壁にビームスポット３５を形成するように配置されている。また、画像撮像装置３１が炉壁のある程度広い奥行き方向の視野３６を有しているので、画像撮像装置３１と光ビーム発生装置３３の光軸がわずかにずれた程度では撮像視野３６からビームスポット３５が外れることがない。そのため、ビームスポット３５が点状であっても常に良好な距離測定を行うことができる。

以上の説明では、基準形状が直線である場合について説明を行ってきた。コークス炉炭化室の炉壁表面の形状が平面であり、結果として基準形状が直線になるからである。一方、本発明は、基準形状が直線以外の形状、例えば円形である場合にも適用することができる。例えば断面形状が円形であるトンネルの内壁について、本発明を用いて炉壁形状変化を測定することが可能である。ハフ変換を用いる場合において、基準形状の円形の直径が既知である場合も未知である場合も適用が可能である。直径が既知である場合の方が良好な変換を行うことができる。

実際のコークス炉炭化室（炉高６ｍ、奥行き長さ１６ｍ）に測定装置を挿入して得られたプロフィルデータに対して本発明方法を適用した。炉壁形状測定装置としては、図３に記載のものと同様の装置を用いた。画像撮像装置３１は炉高方向に４台配置され、各画像撮像装置毎に光ビーム発生装置３３として１１台のレーザー光源を配置し、距離測定箇所２は合計で炉高方向に片側４４箇所となった。

図６（ａ）は、炉壁７に陥没２３が存在する箇所を切り出した実測炉壁プロフィル６データである。測定装置の蛇行や傾斜が存在しているため、このままでは正確な陥没損傷状況はわからない。

炉壁プロフィル６に対して、信号処理装置９においてハフ変換の手法により基準直線５ａを検出し、その基準直線５ａと炉壁プロフィル６の差異をもって炉壁凹凸とした。結果を図６（ｂ）に示す。測定装置の蛇行、傾斜の影響が除去され、陥没２３の存在位置がはじめて明らかになった。

比較として、基準直線の検出に最小二乗法を用いた結果を図６（ｃ）に示す。陥没２３の上下に擬似的な凸変形２５（カーボン付着以外でこの規模の凸変形が発生することはない）が出現し、このため陥没部は深さが小さく演算されている。このように、最小二乗法を用いたのでは正確な炉壁診断ができないことが明らかである。

炉壁プロフィルの計測結果及び基準形状の当てはめ状況を示す図であり、（ａ）は３次元で表示した炉壁プロフィル（縦軸は凹凸測定量、横軸は炭化室の高さ方向と炉奥行き方向）であり、（ｂ）は凹凸量に基準形状の当てはめを行った結果を示す図である。本発明の炉壁形状測定装置を示す図であり、（ａ）は炭化室内に配置された状況を示す断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図である。本発明の炉壁形状測定装置を示す図であり、（ａ）は炭化室内に配置された状況を示す断面図、（ｂ）は部分拡大図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面図である。本発明の炉壁形状測定方法を説明する図であり、（ａ）は画像撮像装置、鏡面、炉壁の関係を示す平面断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視図である。本発明の炉壁形状測定方法を説明する図であり、（ａ）は画像撮像装置、鏡面、炉壁の関係を示す平面断面図、（ｂ）は光ビーム発生装置、鏡面、炉壁の関係を示す平面断面図、（ｃ）は斜視図である。炉壁プロフィルの凹凸状況を等高線図で示したものであり、（ａ）は基準形状の当てはめを行う前の測定データ、（ｂ）はハフ変換による基準形状の当てはめを行ったものである。炉壁プロフィルの凹凸状況を等高線図で示したものであり、最小二乗法によって基準形状への当てはめを行ったものである。ハフ変換の原理を説明する図である。測定装置の蛇行や傾斜による影響を示す図であり、（ａ）は炉の奥行き方向に垂直な断面における測定装置を示す断面図であり、（ｂ）は測定時の炉壁形状、（ｃ）は蛇行や傾斜がない場合の炉壁プロフィル測定結果、（ｄ）は蛇行が発生したときの炉壁プロフィル測定結果、（ｅ）は傾斜が発生したときの炉壁プロフィル測定結果である。

符号の説明

２距離測定箇所
３距離測定箇所の配列方向
４移動方向
５基準形状
５ａ基準直線
６炉壁プロフィル
７炉壁
８距離測定装置
９信号処理装置
１１測定筒
１２ランス
１３レーザー距離計
１４観察窓
１５奥行き方向
１６シュー
１７炭化室
１８炉底
１９炉頂
２１蛇行
２２傾斜
２３陥没
２４カーボン付着
２５擬似的な凸形状
３１画像撮像装置
３２鏡面
３３光ビーム発生装置
３４光ビーム
３５ビームスポット
３６視野
３７ミラー管
３８光路
４１炉壁正常位置
４２炉壁後退位置
４３炉壁正常位置でのビームスポット撮像方向
４４炉壁後退位置でのビームスポット撮像方向

Claims

健全時の炉壁形状が既知である炉壁の形状を測定する方法であって、測定装置上に３箇所以上の距離測定箇所を配列し、前記距離測定箇所の配列方向と異なる方向に測定装置を移動しつつ、各距離測定箇所における測定装置と炉壁との距離を測定し、健全時の炉壁形状であって前記距離測定箇所の配列方向における断面形状を基準形状とし、前記距離測定で得られる計測した炉壁プロフィルに最も良く合致するように前記基準形状を当てはめ、当てはめた基準形状と計測した炉壁プロフィルとの差異をもって炉壁形状変化とすることを特徴とする炉壁形状測定方法。
健全時の炉壁形状が平面である炉壁の形状を測定する方法であって、前記距離測定箇所を炉の高さ方向に炉壁に沿って配列し、前記測定装置を移動する方向は炉の奥行き方向の炉壁に沿う方向であり、前記基準形状は直線であることを特徴とする請求項１に記載の炉壁形状測定方法。
前記計測した炉壁プロフィルに最も良く合致するように基準形状を当てはめるに際し、ハフ変換によって基準形状を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の炉壁形状測定方法。
鏡面と、画像撮像装置と、光ビーム発生装置とを有し、前記鏡面に映る炉壁の像を前記画像撮像装置で撮像し、前記画像撮像装置と異なった位置に配置した前記光ビーム発生装置から発生した光ビームを前記鏡面に反射させて炉壁の前記画像撮像装置視野範囲内に照射し、炉壁に照射する光ビーム照射位置が前記距離測定箇所に該当し、炉壁に照射され画像撮像装置で撮像された光ビームの照射位置に基づいて測定装置と炉壁との距離を測定するを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の炉壁形状測定方法。
コークス炉炭化室の炉壁形状を測定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の炉壁形状測定方法。
健全時の炉壁形状が平面である炉壁の形状を測定する装置であって、測定装置上に３箇所以上の距離測定箇所を炉の高さ方向に炉壁に沿って配列し、炉の奥行き方向の炉壁に沿う方向に測定装置を移動しつつ、各距離測定箇所における測定装置と炉壁との距離を距離測定装置で測定して信号処理装置に入力し、信号処理装置は、前記距離測定結果に基づいて計測した炉壁プロフィルを求め、さらに計測した炉壁プロフィルに最も良く合致するように基準直線を当てはめ、当てはめた基準直線と計測した炉壁プロフィルとの差異をもって炉壁形状変化とすることを特徴とする炉壁形状測定装置。
前記計測した炉壁プロフィルに最も良く合致するように基準直線を当てはめるに際し、ハフ変換によって基準直線を検出することを特徴とする請求項６に記載の炉壁形状測定装置。
鏡面と、画像撮像装置と、光ビーム発生装置とを有し、前記鏡面に映る炉壁の像を前記画像撮像装置で撮像し、前記画像撮像装置と異なった位置に配置した前記光ビーム発生装置から発生した光ビームを前記鏡面に反射させて炉壁の前記画像撮像装置視野範囲内に照射し、炉壁に照射する光ビーム照射位置が前記距離測定箇所に該当し、前記距離測定装置は、炉壁に照射され画像撮像装置で撮像された光ビームの照射位置に基づいて測定装置と炉壁との距離を測定するを特徴とする請求項６又は７に記載の炉壁形状測定装置。
コークス炉炭化室の炉壁形状を測定することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の炉壁形状測定装置。